JP6149611B2 - インバータ装置及び車両用駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷却部材と回路構成部材とを備えたインバータ装置、及びインバータ装置と回転電機と変速機構とを備えた車両用駆動装置に関する。

近年、省エネルギや環境負荷軽減等の観点から、駆動力源として回転電機を備えたハイブリッド車両や電動車両が注目を集めている。このような車両においては、回転電機が駆動力源として機能する際に電力を供給すると共に、当該回転電機が発電機として機能する際に発電された電力を蓄電するバッテリなどの直流電源が備えられる。一方、回転電機としては、交流の回転電機が用いられる場合が多いため、このような車両には、直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路を備えたインバータ装置が搭載される。インバータ装置は、電力制御装置などにおいても用いられるが、特に車両に搭載される場合には、重量や搭載スペースの制約などから小型化が求められる。また、インバータ回路には、パワースイッチング素子を有したパワーモジュールなどの発熱量の大きい部品が用いられるため、インバータ装置を冷却する冷却機構も必要となる。このため、インバータ回路を、冷却フィンなどが形成されたケースなどに収納して一体化すると共に、インバータ装置を小型軽量化する試みがなされている。

例えば、特開２００１−３５４０４０号公報（特許文献１）には、駆動装置とインバータ装置とを一体化する構成が例示されている。以下、括弧内の符号は、特許文献中の参照符号である。特許文献１では、２つの回転電機（１６（１０Ｇ）、２５（１０Ｍ））とディファレンシャル装置（３６（１０Ｄ））とを備えた駆動装置（モータケース（１０））の傾斜壁（４９）に、インバータケース（４６）を介してインバータ装置（５０）が取付けられている（図１、第２９〜３４段落等）。また、特開２００３−２３７７７号公報（特許文献２）には、回転電機の回転軸（７４）の軸方向端部にインバータ装置のスイッチング素子を実装したプリント配線基板（２１）を配置して、回転電機をインバータ装置と一体化する構成が例示されている（図１０、第４０〜４１段落等）。

特許文献１や特許文献２に例示された技術は、駆動装置（回転電機）とインバータ装置とを一体化して小型化を推進可能な技術である。しかし、例えば３相交流によって駆動される回転電機には３相のインバータ装置が用いられる。３相全てのスイッチング素子などの部品を１つの接触面を利用して冷却すると、接触面の面積を広く取る必要が生じる。この点に考慮して、特開２００９−１６２０９１号公報（特許文献３）には、インバータ装置を三角柱構造として、同じく三角柱構造のフィン付きヒートシンク（１１）の各内側面に１相ずつの部品（金属基板（１２））を接触させる冷却構造が例示されている（図１、第２５〜２６段落等）。

特開２００１−３５４０４０号公報 特開２００３−２３７７７号公報 特開２００９−１６２０９１号公報

上述したように、インバータ装置や回転電機を含む駆動装置を小型軽量化するための種々の試みが実施されているが、特許文献１や特許文献２のように、駆動装置に外付けするためには、駆動装置のケースの形状を工夫したり、ケースを大きくしたりする必要が生じる場合がある。また、駆動装置を構成する各部品とインバータ装置との組み付け方向が異なる場合には、組み立て工数を増加させる可能性がある。また、特許文献１〜３の構成では、より高い冷却効果を得るために、液体の冷媒を用いた冷却への対応が困難である。さらに、高速（高周波数）動作に対応するための、ノイズ耐性や伝送路のインダクタンス等を考慮すると、回転電機や制御装置と、インバータ装置とを近接することが好ましく、回転電機や制御装置に対するインバータ装置のレイアウトには改善の余地がある。

上記背景に鑑みて、冷却機構を含めて省スペースで搭載することが可能なインバータ装置の実現が望まれる。

上記課題に鑑みた本発明に係るインバータ装置の特徴構成は、
軸方向に直交する断面が多角形の柱状体により構成され、冷媒の流入口と排出口とを有して前記柱状体の内部に前記冷媒を流通可能な冷却部材と、
直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化するコンデンサと、前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御信号を駆動するドライブ回路と、前記インバータ回路の交流側端子を流れる電流を検出する電流センサとを備えたドライブ基板と、を少なくとも含む回路構成部材と、を備え、
前記回路構成部材は、前記冷却部材における前記軸方向に平行状であって外側を向く外側面に分かれて配置され、
前記流入口及び前記排出口は、前記冷却部材の前記軸方向の一方側の端面である第１端面に設けられ、
前記インバータ回路の直流側端子は、前記回路構成部材よりも前記第１端面の側に突出するように設けられ、
前記インバータ回路の前記交流側端子は、前記回路構成部材よりも、前記冷却部材の前記軸方向の他方側の端面である第２端面の側に突出するように設けられ、
前記第１端面の側から前記第２端面の側へ向かって、前記コンデンサ、前記スイッチング素子、前記ドライブ基板の順に並んで配置されている点にある。

この構成によれば、内部に冷媒を流通可能な冷却部材の外側面に回路構成部材を配置することによって、空冷よりも冷却力の高い、液体の冷媒を用いた冷却機構を実現することができる。また、多角形の柱状体の冷却部材は複数の外側面を有するので、複数の回路構成部材を複数の外側面に分けて配置することもできる。さらに、柱状体の冷却部材の軸方向の両端面の側に、直流側端子と交流側端子とが分かれて配置されるので、インバータ回路の周辺装置との接続方向に応じた端子配置が実現できる。その結果、電源や交流機器などの周辺機器に対して、インバータ装置を好適に配置させることができ、省スペース化や組み立て工数の低減が実現できる。また、電源や交流機器などの周辺機器とインバータ装置との距離が短くなることによって、伝送路におけるインダクタンスの増加やノイズの発生を抑制することができ、損失を低減させることができる。さらに、同一の端面（第１端面）に冷媒の流入口及び排出口が設けられているので、冷媒の循環機構との接続も一方側の端面で完結させることができ、インバータ装置を好適に配置させることができる。このように、本構成によれば、冷却機構を含めて省スペースで搭載することが可能なインバータ装置を実現することができる。

ここで、第１端面から第２端面に向かって、直流側端子、コンデンサ、スイッチング素子、ドライブ基板、交流側端子という順序での配置は、直流から交流へのインバータ回路の回路動作に対応した配置である。従って、インバータ回路の回路動作の流れに沿った回路構成部材の配置を実現することができる。

ここで、１つの態様として、前記インバータ回路が、直流と複数相の交流との間で電力を変換するものであり、前記回路構成部材には、前記複数相の交流の各相に対応する回路構成部材ユニットが複数含まれ、前記回路構成部材ユニットのそれぞれが１つの前記外側面に配置されるように、複数の前記回路構成部材ユニットが前記冷却部材の互いに異なる前記外側面に配置されていると好適である。多角形の柱状体の冷却部材は複数の外側面を有し、それぞれの外側面は、柱状体の軸心の周囲に存在している。複数相の交流の各相に対応する回路構成部材ユニットのそれぞれが、１つの外側面に配置されることによって、各相に対応する回路構成部材ユニットは、柱状体の軸心の周囲に効率的に配置されることになる。つまり、インバータ装置を、冷却機構を含めて小規模に構成することができる。

また、本発明に係るインバータ装置は、１つの態様として、前記冷却部材の軸心から、前記回路構成部材ユニットを構成する部材の内、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離が、複数の前記外側面のそれぞれに配置された複数の前記回路構成部材ユニットについて互いに同等となるように構成されていると好適である。冷却部材の軸心から、回路構成部材ユニットを構成する部材の内、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離が複数の回路構成部材ユニットについて互いに同等であると、各外側面における最外端部は、軸心を中心とした円周上にほぼ位置することになる。その結果、空間の利用効率の高い、例えば円筒形状の収容空間にインバータ装置を収容することが可能となる。

また、本発明に係るインバータ装置は、１つの態様として、前記冷却部材の前記断面が正多角形であり、複数の前記外側面のそれぞれには、前記軸方向に直交し前記外側面に沿った幅方向に均等な位置に前記回路構成部材ユニットを構成する部材が配置されていると好適である。例えば、回路構成部材ユニットを構成する部材の内、最も外側へ突出した部材が、幅方向において（幅方向に直交する直線を対称軸として）線対称である場合、幅方向に均等な位置に当該部材が配置されると、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離を最も短くすることができる。その結果、冷却部材の軸心を中心として、最も外側に存在する最外端部を通る円の径を小さくすることができる。例えば、インバータ装置を円筒状の収容空間に収容する場合に、当該収容空間の容積を小さくすることができ、冷却機構を含めて省スペースで搭載することが可能なインバータ装置を実現することができる。

ここで、本発明に係る車両駆動装置は、１つの態様として、上述した種々の態様の内の何れかのインバータ装置と、回転電機と、変速機構とを備えた車両用駆動装置であって、前記回転電機及び前記変速機構を収容する駆動装置ケースを備え、前記インバータ装置が、前記変速機構を構成するギヤ部材の回転軸と、前記冷却部材の前記軸方向とが平行状となる状態で前記駆動装置ケース内に配置されていると好適である。上述したように、インバータ装置は、柱状体の冷却部材の外側面に回路構成部材が配置されたものであるから、その外形は柱状体に沿った形状である。駆動装置ケース内において、ギヤ部材の回転軸と平行する領域は、空間に比較的余裕がある、若しくは空間の拡張が比較的容易である。従って、インバータ装置を収容するための空間の確保が比較的容易である。また、駆動装置を構成する各部品とインバータ装置との組み付け方向が同一となるため、組み立て性も高くすることができる。

ここで、１つの態様として、前記インバータ装置は、前記第２端面を前記回転電機の側に向け、前記冷却部材の前記軸方向に沿った方向に見て、前記インバータ装置と前記回転電機とが重複するように配置されていると好適である。上述したように、インバータ装置において交流側端子は、回路構成部材よりも、冷却部材の第２端面の側に突出するように設けられている。第２端面が回転電機の側に向けて配置されることにより、交流側端子と回転電機との接続が効率的且つ容易となる。

また、１つの態様として、前記駆動装置ケースが開口部を有し、前記流入口、前記排出口、及び前記直流側端子が当該開口部に位置するように、前記インバータ装置が配置されていると好適である。流入口や排出口は、車両用駆動装置とは別の冷媒の循環機構に接続される場合が多い。また、直流側端子は、直流電源と接続される場合が多い。つまり、流入口、排出口、及び直流側端子は、車両用駆動装置とは別の周辺装置と接続される場合が多く、駆動装置ケースに設けられた開口部を通って、車両用駆動装置とは別の周辺装置との接続が容易なように構成されていると好適である。

また、１つの態様として、前記駆動装置ケースは、内部に液密構造のインバータ収容室を備え、前記インバータ装置の少なくとも前記回路構成部材は、前記インバータ収容室の中に配置されていると好適である。変速機構などは、一般的に潤滑油などの液体を浴びながら動作しているため、駆動装置ケースの中は当該潤滑油などが飛散している。このような液体が、インバータ装置の、特に回路構成部材を濡らすことは好ましくない。従って、インバータ装置の回路構成部材は、液密構造のインバータ収容室の中に配置されていると好適である。

インバータ装置の一例を示す模式的な回路ブロック図 インバータ装置の模式的な分解構成図 インバータ装置を軸方向から見た模式的な平面図 車両用駆動装置を車両の側面から見た模式的な側面図 車両用駆動装置を車両の上方から見た模式的な上面図 インバータ装置の収容空間の拡大図 図６における収容空間の液密状態を実現する構造の模式図 収容空間の液密状態を実現する他の構造の模式図 収容空間の液密状態を実現する他の構造の模式図 収容空間の液密状態を実現する他の構造の模式図 収容空間の液密状態を実現する他の構造の模式図 図２における回路構成部材の配置形態を示す模式図 回路構成部材の他の配置形態を示す模式図 回路構成部材の他の配置形態を示す模式図 回路構成部材の他の配置形態を示す模式図 回路構成部材の他の配置形態を示す模式図

以下、本発明に係るインバータ装置、及びこのインバータ装置を備えた車両用駆動装置の実施形態の一例を、図面を参照して説明する。本実施形態において、インバータ装置は、液密構造のインバータ収容室を備えた駆動装置ケースに、回転電機及び変速機構と共に収容されて、車両用駆動装置を構成する。以下、インバータ装置、車両用駆動装置の順に説明する。

図１は、インバータ装置の一例を示す模式的な回路ブロック図である。ここでは、ハイブリッド車両や電動車両等の駆動力源となる回転電機ＭＧを制御する回転電機駆動装置に適用されるインバータ装置１００を例示する。この回転電機ＭＧは、多相交流（ここでは３相交流）により動作する回転電機であり、電動機としても発電機としても機能することができる。

鉄道のように架線から電力の供給を受けることができない自動車のような車両では、回転電機を駆動するための電力源としてニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池（バッテリ）や、電気二重層キャパシタなどの直流電源を搭載している。本実施形態では、回転電機ＭＧに電力を供給するための大電圧大容量の直流電源として、例えば電源電圧２００〜４００［Ｖ］の高圧バッテリ１１（高圧直流電源）が備えられている。回転電機ＭＧは、交流の回転電機であるから、高圧バッテリ１１と回転電機ＭＧとの間には、直流と交流との間で電力変換を行うインバータ回路１０が備えられている。インバータ回路１０の直流側の正極電源ラインＰと負極電源ラインＮとの間の直流電圧は、以下“システム電圧Ｖｄｃ”と称する。高圧バッテリ１１は、インバータ回路１０を介して回転電機ＭＧに電力を供給可能であると共に、回転電機ＭＧが発電して得られた電力を蓄電可能である。

インバータ回路１０と高圧バッテリ１１との間には、直流電圧（システム電圧Ｖｄｃ）を平滑化する平滑コンデンサ４０が備えられている。平滑コンデンサ４０は、回転電機ＭＧの消費電力の変動に応じて変動する直流電圧を安定化させる。本実施形態では、多相交流（３相交流）の総数に合わせ、静電容量“Ｃ／３”の３つのコンデンサを並列接続することによって、静電容量“Ｃ”の平滑コンデンサ４０が構成されている。尚、インバータ回路１０並びに平滑コンデンサ４０へは、例えばバスバーとして構成された直流側端子ＢＤを介して高圧バッテリ１１から直流電力が供給される。

インバータ回路１０は、システム電圧Ｖｄｃを有する直流電力を複数相（ｎを自然数としてｎ相、ここでは３相）の交流電力に変換して回転電機ＭＧに供給すると共に、回転電機ＭＧが発電した交流電力を直流電力に変換して直流電源に供給する。インバータ回路１０は、複数のスイッチング素子を有して構成される。スイッチング素子には、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）やパワーＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）などのパワー半導体素子を適用すると好適である。図１に示すように、本実施形態では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ３が用いられる。

例えば直流と多相交流（ここでは３相交流）との間で電力変換するインバータ回路１０は、よく知られているように多相（ここでは３相）のそれぞれに対応する数のアームを有するブリッジ回路により構成される。つまり、図１に示すように、インバータ回路１０の直流正極側（直流電源の正極側の正極電源ラインＰ）と直流負極側（直流電源の負極側の負極電源ラインＮ）との間に２つのＩＧＢＴ３が直列に接続されて１つのアーム１０Ｌが構成される。ここで、正極電源ラインＰに接続されるＩＧＢＴ３を上段側ＩＧＢＴ３Ｕ（上段側スイッチング素子又はハイサイドスイッチ）と称し、負極電源ラインＮに接続されるＩＧＢＴ３を下段側ＩＧＢＴ３Ｌ（負極側スイッチング素子又はローサイドスイッチ）と称する。

３相交流の場合には、この直列回路（１つのアーム１０Ｌ）が３回線（３相：１０Ｕ，１０Ｖ，１０Ｗ）並列接続される。つまり、回転電機ＭＧのＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応するステータコイルのそれぞれに一組の直列回路（アーム１０Ｌ）が対応したブリッジ回路が構成される。各相の上段側ＩＧＢＴ３Ｕのコレクタ端子は正極電源ラインＰに接続され、エミッタ端子は各相の下段側ＩＧＢＴ３Ｌのコレクタ端子に接続される。また、各相の下段側ＩＧＢＴ３Ｌのエミッタ端子は、負極電源ラインＮ（例えば、高圧系回路のグラウンド）に接続される。対となる各相のＩＧＢＴ３による直列回路（アーム１０Ｌ）の中間点、つまり、上段側ＩＧＢＴ３Ｕと下段側ＩＧＢＴ３Ｌとの接続点は、例えばバスバーとして構成された交流側端子ＢＡを介して、回転電機ＭＧのステータコイルにそれぞれ接続される。

尚、ＩＧＢＴ３には、それぞれフリーホイールダイオード３９（回生ダイオード）が並列に接続される。フリーホイールダイオード３９は、カソード端子がＩＧＢＴ３のコレクタ端子に接続され、アノード端子がＩＧＢＴ３のエミッタ端子に接続される形で、各ＩＧＢＴ３に対して並列に接続される。

図１に示すように、インバータ回路１０は、インバータ制御部８により制御される。インバータ制御部８は、マイクロコンピュータ等の論理回路を中核部材とするＥＣＵ（electronic control unit）として構成されている。本実施形態では、ＥＣＵは、不図示の車両ＥＣＵ等の他の制御装置等からの要求信号としてインバータ制御部８に提供される回転電機ＭＧの目標トルクに基づいて、ベクトル制御法を用いた電流フィードバック制御を行って、インバータ回路１０を介して回転電機ＭＧを制御する。インバータ制御部８は、電流フィードバック制御のために種々の機能部を有して構成されており、各機能部は、マイクロコンピュータ等のハードウエアとソフトウエア（プログラム）との協働により実現される。

回転電機ＭＧの各相のステータコイル（各交流側端子ＢＡ）を流れる実電流は電流センサ１２により検出され、インバータ制御部８はその検出結果を取得する。また、回転電機ＭＧのロータの各時点での磁極位置は、回転センサ１３により検出され、インバータ制御部８はその検出結果を取得する。回転センサ１３は、例えばレゾルバ等により構成される。ここで、磁極位置は、電気角上でのロータの回転角度を表している。インバータ制御部８は、電流センサ１２及び回転センサ１３の検出結果を用いて、回転電機ＭＧをフィードバック制御する。

インバータ回路１０を構成する各ＩＧＢＴ３の制御端子であるゲート端子は、ドライブ回路９を介してインバータ制御部８（ＥＣＵ）に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。回転電機ＭＧを駆動するための高圧系回路と、マイクロコンピュータなどを中核とするＥＣＵなどの低圧系回路とは、動作電圧（回路の電源電圧）が大きく異なる。このため、低圧系回路のインバータ制御部８（ＥＣＵ）により生成されたＩＧＢＴ３の制御信号は、ドライブ回路９を介して高圧回路系のゲート駆動信号（制御信号Ｓ）としてインバータ回路１０に供給される。ドライブ回路９は、例えばフォトカプラやトランスなどの絶縁素子を利用して構成されている。

上述したインバータ回路１０は、後述するように平滑コンデンサ４０やドライブ回路９、冷却部材などと共に一体化されてインバータ装置１００として構成される。図２の分解構成図は、インバータ装置１００の構成を模式的に示している。図２に示すように、本実施形態において、インバータ装置１００は、平滑コンデンサ４０やドライブ回路９と共に回路構成部材ユニット４に実装されたＩＧＢＴ３（スイッチング素子）と、冷却部材５とを有して構成される。冷却部材５は、熱伝導性の高いアルミニウムなどの金属製であり、軸方向Ｌに直交する断面が多角形の柱状体により構成されている。本実施形態では、断面が三角形状（ここでは正三角形）の三角柱として形成されている。また、冷却部材５は、液体の冷媒を用いた冷却が可能なように、冷媒の流入口５ｆと排出口５ｄとを有して柱状体の内部に冷媒を流通可能に構成されている（図６参照）。流入口５ｆ及び排出口５ｄは、冷却部材５の軸方向Ｌの一方側の端面である第１端面５１に設けられている。

回路構成部材ユニット４は、少なくとも、ＩＧＢＴ３（スイッチング素子）と、平滑コンデンサ４０（コンデンサ）とを含む回路構成部材を備えて構成されている。本実施形態では、さらに、ＩＧＢＴ３（スイッチング素子）をスイッチング制御する制御信号を駆動するドライブ回路９と、複数相の交流の各相に対応する交流側端子ＢＡを流れる電流を検出する電流センサ１２とを備えたドライブ基板９０も回路構成部材として備えられている。これらの回路構成部材は、冷却部材５における軸方向Ｌに平行状であって外側を向く外側面５ｓに分かれて配置されている。

本実施形態では、図２に示すように、各回路構成部材が、冷却プレート２０の上に分かれて配置され、当該冷却プレート２０が外側面５ｓに配置されている。また、ＩＧＢＴ３は、素子ベースプレート３０の上に形成されている。素子ベースプレート３０には、ＩＧＢＴ３と共に、フリーホイールダイオード３９が形成されていると好適である。本実施形態では、１つの素子ベースプレート３０に、１つのアーム１０Ｌが構成されている。また、ドライブ基板９０は、例えばプリント配線基板９１にドライブ回路９と電流センサ１２を実装することによって構成されている。

上述したように、冷媒の流入口５ｆ及び排出口５ｄは、冷却部材５の軸方向Ｌの一方側の端面である第１端面５１に設けられている。また、インバータ回路１０の直流側端子ＢＤも、冷却部材５に配置された状態で、回路構成部材（平滑コンデンサ４０、ＩＧＢＴ３、ドライブ基板９０）よりも第１端面５１の側に突出するように設けられている。一方、インバータ回路１０の交流側端子ＢＡは、これらの回路構成部材よりも、冷却部材５の軸方向Ｌの他方側の端面である第２端面５２の側に突出するように設けられている。

図４〜図６等を参照して後述するように、車両用駆動装置２００にインバータ装置１００を組み込む際に、高圧バッテリ１１や回転電機ＭＧとの接続が効率的且つ容易となるように、直流側端子ＢＤや交流側端子ＢＡが配置されている。冷媒の流入口５ｆ及び排出口５ｄも同様に、冷媒の循環機構との接続が効率的且つ容易となるように配置されている。尚、回路構成部材の配置順序も同様に、高圧バッテリ１１や回転電機ＭＧとの接続が回路動作に応じた順序に沿ったものとなるように設定されている。具体的には、回路構成部材は、冷却部材５に配置された状態で、外側面５ｓにおいて、第１端面５１の側から第２端面５２の側へ向かって、平滑コンデンサ４０、ＩＧＢＴ３、ドライブ基板９０の順に並んで配置されている。

ところで、上述したように、インバータ回路１０は、直流と複数相の交流（ここでは３相交流）との間で電力変換する。そして、各相は、１つのアーム１０Ｌとして構成されている。従って、回路構成部材には、複数相の交流の各相に対応する回路構成部材ユニット４が複数含まれている。本実施形態では、３相に対応して３つの回路構成部材ユニット４が備えられている。本実施形態では、平滑コンデンサ４０も３つ（又は３の自然数倍）のコンデンサの並列接続によって構成されており、それぞれの回路構成部材ユニット４には、複数相の交流の各相に対応する、ＩＧＢＴ３と平滑コンデンサ４０とが含まれている。

また、冷却部材５は三角柱として構成されており、３つの外側面５ｓを有する。従って、回路構成部材ユニット４のそれぞれが１つの外側面５ｓに配置されるように、複数の回路構成部材ユニット４が冷却部材５の互いに異なる外側面５ｓに配置されている。回路構成部材は、冷却部材５に配置された状態で、上述した第１端面５１の側から第２端面５２の側へ向かう配置条件を、全ての回路構成部材ユニット４が満足するように配置されている。即ち、回路構成部材は、冷却部材５に配置された状態で、外側面５ｓのそれぞれに、第１端面５１の側から第２端面５２の側へ向かって、平滑コンデンサ４０、ＩＧＢＴ３、ドライブ基板９０の順に並んで配置されている。

図３は、インバータ装置１００を軸方向Ｌに沿った方向から（第１端面５１の側から）見た様子を模式的に示している。図３において、符号“Ｌｘ”は、冷却部材５の軸心を示している。軸心Ｌｘは、冷却部材５の断面における中心であり、断面形状が正三角形である本実施形態では、当該正三角形の重心に対応する。インバータ装置１００は、冷却部材５の軸心Ｌｘから、回路構成部材ユニット４を構成する部材の内、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離が、複数の外側面５ｓのそれぞれに配置された複数の回路構成部材ユニット４について互いに同等となるように構成されている。

本実施形態では、“最も外側へ突出した部材”は平滑コンデンサ４０であり、“最外端部までの距離”は、それぞれ、“Ｄ１又はＤ２”、“Ｄ３又はＤ４”、“Ｄ５又はＤ６”である。本実施形態では、“Ｄ１＝Ｄ２”、“Ｄ３＝Ｄ４”、“Ｄ５＝Ｄ６”であり、“Ｄ１〜Ｄ６”は等しい。従って、“最外端部までの距離（Ｄ１〜Ｄ６）”は、複数の外側面５ｓのそれぞれに配置された複数の回路構成部材ユニット４について互いに同等である。６ケ所の最外端部は、軸心Ｌｘを中心した円周上に存在することになる。このように、構成されることによって、インバータ装置１００は、円筒形状のインバータ収容室３００に効率よく収容可能となる。よって、図４〜図６等を参照して後述するように、車両用駆動装置２００にインバータ装置１００を組み込む際の空間利用の効率が高くなり、車両用駆動装置２００の小規模化が実現できる。

また、本実施形態では、冷却部材５の断面の形状が正多角形（正三角形）である。このような場合、複数の外側面５ｓのそれぞれには、軸方向Ｌに直交し外側面５ｓに沿った幅方向Ｗに均等な位置に回路構成部材ユニット４を構成する部材が配置されていると好適である。例えば、回路構成部材ユニット４を構成する部材の内、最も外側へ突出した部材が、図３に示す平滑コンデンサ４０のように、幅方向Ｗにおいて（幅方向Ｗに直交する直線を対称軸として）線対称である場合、幅方向Ｗに均等な位置に当該部材が配置されると、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離を最も短くすることができる。つまり、図３において“Ｄ１＝Ｄ２”、“Ｄ３＝Ｄ４”、“Ｄ５＝Ｄ６”とすることができる。その結果、円筒形状のインバータ収容室３００の直径を小さくすることができ、車両用駆動装置２００にインバータ装置１００を組み込む際の空間利用の効率が高くなり、車両用駆動装置２００の小規模化が実現できる。

以下、上述したインバータ装置１００を組み込んだ車両用駆動装置２００について説明する。図４〜図６は、車両用駆動装置２００にインバータ装置１００を組み込んだ状態を示している。図４は、車両用駆動装置２００を車両に取り付けた状態で車両の側面から見た模式的な側面図である。換言すれば、車両用駆動装置２００の一部としてインバータ装置１００が車両に取り付けられた状態で、冷却部材５の軸方向Ｌに沿った方向から見た車両用駆動装置２００の模式的な側面図である。図５は、車両用駆動装置２００を車両に取り付けた状態で車両の上方から見た模式的な上面図である。図６は、車両用駆動装置２００を車両に取り付けた状態で車両の前後方向に沿った方向に見た（図５の下方から上方を見た）インバータ装置１００のインバータ収容室３００の拡大図である。

図４及び図５に示すように、車両用駆動装置２００は、インバータ装置１００と回転電機ＭＧと、変速機構ＴＭとを備えて構成されている。本実施形態では、さらにカウンターギヤ機構ＣＧとディファレンシャルＤＦを備えて構成されている。インバータ装置１００、回転電機ＭＧ、変速機構ＴＭ、カウンターギヤ機構ＣＧ、ディファレンシャルＤＦは、駆動装置ケース２１０に収容されて、車両用駆動装置２００を構成する。インバータ装置１００は、変速機構ＴＭを構成するギヤ部材の回転軸Ｘ１と、冷却部材５の軸方向Ｌとが平行状となる状態で駆動装置ケース２１０内に配置されている。また、車両用駆動装置２００にインバータ装置１００が取り付けられた状態において、冷却部材５の軸方向Ｌに沿った方向に見て、インバータ装置１００は、インバータ装置１００と回転電機ＭＧとが重複するように配置されている。ここで、重複とは、両者の一部が重複する状態、或いは、一方の全てが他方に重複する状態の双方を含む。

また、インバータ装置１００は、図６に示すように、第２端面５２を回転電機ＭＧの側に向けて配置される。上述したように、インバータ装置１００において交流側端子ＢＡは、回路構成部材よりも、冷却部材５の第２端面５２の側に突出するように設けられている。第２端面５２が回転電機ＭＧの側に向けて配置されることにより、交流側端子ＢＡと回転電機ＭＧとの接続が効率的且つ容易となる。図６において符号“Ｒ”は回転電機ＭＧのロータを、符号“ＳＴ”は回転電機ＭＧのステータを示しており、符号“Ｅ”はステータＳＴに巻き回されたステータコイルのコイルエンド部を示している。交流側端子ＢＡは、交流側コネクタＣＮ２を介してコイルエンド部Ｅのステータコイルに接続される。

また、図６に示すように、駆動装置ケース２１０は開口部２０３を有しており、インバータ装置１００は、流入口５ｆ、排出口５ｄ、直流側端子ＢＤが、開口部２０３に位置するように配置されている。尚、図６では、直流側端子ＢＤに導通する直流側コネクタＣＮ１が開口部２０３に位置する形態を例示している。流入口５ｆ及び排出口５ｄは、不図示のポンプなどの冷媒循環機構に接続される。流入口５ｆを介して冷却部材５の内部に供給された冷媒は、冷却部材５の中を循環して排出口５ｄから排出される。冷却部材５の内部には、流入口５ｆに接続された冷媒循環路（流入路）が外側面５ｓの反対側の内壁に沿って設けられており、内壁（外側面５ｓ、外側面５ｓに配置された回路構成部材）と冷媒との間で熱交換を行う。熱を吸収した冷媒は、冷却部材５の軸心近傍に沿って設けられ、排出口５ｄに接続された冷媒循環路（排出路）を通って排出口５ｄから排出される。

尚、駆動装置ケース２１０は、内部に液密構造のインバータ収容室３００を備えている。インバータ装置１００の少なくとも回路構成部材は、インバータ収容室３００の中に配置されている。図６に示すように、駆動装置ケース２１０は、変速機構ＴＭの側にあって主として変速機構ＴＭやカウンターギヤ機構ＣＧを収容する第１ケース２０１と、主として回転電機ＭＧを収容する第２ケース２０２とを有して構成されている。本実施形態では、インバータ収容室３００は、第１ケース２０１の側に形成されている。

インバータ収容室３００の液密構造を実現するためには、インバータ装置１００と第１ケース２０１とをシール部材（３０１，３０２）を介して密着させる必要がある。上述したように、インバータ収容室３００は、円筒形の空間であるから、冷却部材５の第１端面５１及び第２端面５２には、円形状のプレート部材（５１ｐ、５２ｐ）が備えられている。インバータ収容室３００の開口部２０３（第１開口部）は、インバータ収容室３００の内径よりも小さい径の円形状に開口している。その径方向の開口端部には、インバータ収容室３００の内壁が径方向内側に屈曲し、再び軸方向Ｌに屈曲する形態で延伸されている。図６に示すように、第１端面５１の側に備えられた第１円形プレート部材５１ｐの側面と、開口部２０３の径方向の開口端部の内壁とが第１シール部材３０１を介して当接している。つまり、第１円形プレート部材５１ｐの周方向（軸心周り）において当接している。これによって、第１端面５１の側の液密構造が実現される。

インバータ収容室３００の第２端面５２の側の開口部２０４（第２開口部）においては、インバータ収容室３００の内壁が径方向外側に屈曲する形態で延伸され、駆動装置ケース２１０にフランジ部２０９が形成されている。図６に示すように、第２端面５２の側に備えられた第２円形プレート部材５２ｐは、インバータ収容室３００よりも大径である。第２円形プレート部材５２ｐの外縁部と、駆動装置ケース２１０にフランジ部２０９とが、第２シール部材３０２を介して当接している。つまり、第２円形プレート部材５２ｐの面方向（軸方向Ｌ）において当接している。これによって、第２端面５２の液密構造が実現される。

つまり、本実施形態においては、軸心周りの密閉と、面方向の密閉とを組み合わせた“軸−面”での液密構造が採用されている。当然ながら液密構造を実現する構成は、この構成に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の形態を採用することが可能である。図７は、他の構成との比較のために、図６と同様の液密構造を模式的に示している。図８〜図１１は、図６及び図７とは異なる別の液密構造を例示している。

図８は、図６及び図７と同様に、“軸−面”での液密構造を例示している。図６及び図７では、第１端面５１の側が“軸”、第２端面５２の側が“面”であったのに対して、図８に示す構成では、第１端面５１の側が“面”、第２端面５２の側が“軸”である。図６〜図８に示す“軸−面”での液密構造では、第１シール部材３０１及び第２シール部材３０２による密封の寸法公差が図９〜図１１に例示する他の形態と比べて緩やかであり、位置決め等も比較的容易となり、組付性がよい。

図９及び図１０は、第１端面５１の側、及び第２端面５２の側が共に“面”での液密構造を採用した“面−面”構造を例示している。この液密構造では、両端面の側が共に“面”で支持されるため、インバータ収容室３００に対するインバータ装置１００の平行度を保つことが、図７及び図８の構造に比べて難しくなり、第１シール部材３０１及び第２シール部材３０２による密封の寸法公差も厳しくなる。また、軸心に対する位置決めも、図７及び図８の構造に比べて難しくなり、組付性はやや低下する。一方、当然ながら軸心周りでの密閉は不要であるから、インバータ収容室３００において回路構成部材を収容可能な有効容積を大きくすることができる。

図１１は、第１端面５１の側、及び第２端面５２の側が共に“軸”での液密構造を採用した“軸−軸”構造を例示している。この液密構造では、両端面の側が共に“軸”で支持されるため、インバータ収容室３００に対するインバータ装置１００の同軸度を保つことが上述した他の構造に比べて難しくなる。また、インバータ収容室３００に対するインバータ装置１００の奥行き方向（軸方向Ｌ）での位置決めも、図７及び図８の構造に比べて難しくなり、組付性はやや低下するがこの構成を採用することを妨げるものではない。

ところで、上記における説明では、図２に示したように、回路構成部材（平滑コンデンサ４０、ＩＧＢＴ３、ドライブ基板９０）が、冷却プレート２０の上に配置され、当該冷却プレート２０が冷却部材５の外側面５ｓに配置されている形態を例示した。この形態では、全ての回路構成部材を冷却プレート２０の上に配置して、当該冷却プレート２０を冷却部材５に配置するので、高い生産性を実現することができる。しかし、外側面５ｓへの配置形態は、この形態に限定されるものではなく、以下に例示するような種々の形態を採用することが可能である。図１２は、他の構成との比較のために、図２と同様の配置形態を模式的に示している。図１３〜図１６は、図１２とは異なる別の配置形態を例示している。

図１３及び図１４は、回路構成部材の内の一部が冷却プレート２０を介して冷却部材５の外側面５ｓに配置される形態を示している。図１３では、ＩＧＢＴ３及びドライブ基板９０は、冷却プレート２０の上に配置され、当該冷却プレート２０が冷却部材５の外側面５ｓに配置され、平滑コンデンサ４０は、直接、外側面５ｓに配置されている。また、図１４では、ＩＧＢＴ３のみが冷却プレート２０を介して冷却部材５の外側面５ｓに配置され、平滑コンデンサ４０及びドライブ基板９０は、直接、外側面５ｓに配置されている。

軸方向Ｌの長さを短くする必要があるような場合には、回路構成部材として、ＩＧＢＴ３及び平滑コンデンサ４０のみを冷却部材５に配置してもよい。図１５及び図１６は、そのような形態を例示している。図１５は、その場合において、全ての回路構成部材（ＩＧＢＴ３及び平滑コンデンサ４０）が、冷却プレート２０を介して冷却部材５の外側面５ｓに配置される形態を例示している。また、図１６は、ＩＧＢＴ３のみが冷却プレート２０を介して冷却部材５の外側面５ｓに配置され、平滑コンデンサ４０は、直接、外側面５ｓに配置される形態を例示している。

〔その他の実施形態〕
以下、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記説明においては、冷却部材５の断面形状が三角形である場合を例示したが、当然ながら四角形や六角形など、他の多角形であってもよい。

（２）また、上記説明においては、冷却部材５の断面形状が正三角形である場合を例示したが、断面の形状は正多角形でなくてもよい。例えば、正三角形の各頂点を切り取り、六角形状とした断面形状であってもよい。また、冷却部材５の外側面５ｓに搭載する回路構成部材の多少によって外側面５ｓの面積を異ならせ、例えば、二等辺三角形の断面形状であってもよい。

（３）上記においては、１つの回路構成部材ユニット４に、１つのアーム１０Ｌが構成されている形態を例示して説明した。しかし、１つのアーム１０Ｌの上段側ＩＧＢＴ３Ｕ（上段側スイッチング素子又はハイサイドスイッチ）と、下段側ＩＧＢＴ３Ｌ（負極側スイッチング素子又はローサイドスイッチ）とが別の回路構成部材ユニット４として構成されてもよい。例えば、３相のインバータ回路１０を、断面が六角形状の冷却部材５の６つの外側面５ｓのそれぞれに６つの回路構成部材ユニット４を配置することによってインバータ装置１００を構成してもよい。また、１つの回路構成部材ユニット４に、それぞれ、全相の上段側ＩＧＢＴ３Ｕ、及び下段側ＩＧＢＴ３Ｌを備えてもよい。

（４）尚、冷却部材５には、インバータ回路１０や平滑コンデンサ４０、ドライブ回路９、電流センサ１２に限らず、インバータ制御部８の全て又は一部も搭載されてもよい。例えば、冷却部材５を四角柱で構成し、３つの外側面５ｓには、それぞれ３相のインバータ回路１０の各相に対応する回路構成部材を配置し、残りの１つの外側面５ｓにインバータ制御部８を構成する回路構成部材を配置することも好適な実施態様である。

冷却部材と回路構成部材とを備えたインバータ装置、及びインバータ装置と回転電機と変速機構とを備えた車両用駆動装置に利用することができる。

３ ：ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
４ ：回路構成部材ユニット
５ ：冷却部材
５ｄ ：排出口
５ｆ ：流入口
５ｓ ：外側面
９ ：ドライブ回路
１０ ：インバータ回路
１２ ：電流センサ
４０ ：平滑コンデンサ（コンデンサ）
５１ ：第１端面
５２ ：第２端面
９０ ：ドライブ基板
１００ ：インバータ装置
２００ ：車両用駆動装置
２０３ ：開口部
２１０ ：駆動装置ケース
３００ ：インバータ収容室
ＢＡ ：交流側端子
ＢＤ ：直流側端子
Ｌ ：冷却部材の軸方向
Ｌｘ ：冷却部材の軸心
ＭＧ ：回転電機
Ｓ ：制御信号
ＴＭ ：変速機構
Ｗ ：軸方向に直交し外側面に沿った幅方向
Ｘ１ ：変速機構を構成するギヤ部材の回転軸

Claims (8)

1. 軸方向に直交する断面が多角形の柱状体により構成され、冷媒の流入口と排出口とを有して前記柱状体の内部に前記冷媒を流通可能な冷却部材と、
   直流と交流との間で電力を変換するインバータ回路を構成するスイッチング素子と、前記インバータ回路の直流側の電圧を平滑化するコンデンサと、前記スイッチング素子をスイッチング制御する制御信号を駆動するドライブ回路と前記インバータ回路の交流側端子を流れる電流を検出する電流センサとを備えたドライブ基板と、を少なくとも含む回路構成部材と、を備え、
   前記回路構成部材は、前記冷却部材における前記軸方向に平行状であって外側を向く外側面に分かれて配置され、
   前記流入口及び前記排出口は、前記冷却部材の前記軸方向の一方側の端面である第１端面に設けられ、
   前記インバータ回路の直流側端子は、前記回路構成部材よりも前記第１端面の側に突出するように設けられ、
   前記インバータ回路の前記交流側端子は、前記回路構成部材よりも、前記冷却部材の前記軸方向の他方側の端面である第２端面の側に突出するように設けられ、
   前記第１端面の側から前記第２端面の側へ向かって、前記コンデンサ、前記スイッチング素子、前記ドライブ基板の順に並んで配置されているインバータ装置。
2. 前記インバータ回路は、直流と複数相の交流との間で電力を変換し、
   前記回路構成部材には、前記複数相の交流の各相に対応する回路構成部材ユニットが複数含まれ、
   前記回路構成部材ユニットのそれぞれが１つの前記外側面に配置されるように、複数の前記回路構成部材ユニットが前記冷却部材の互いに異なる前記外側面に配置されている請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記冷却部材の軸心から、前記回路構成部材ユニットを構成する部材の内、最も外側へ突出した部材の最外端部までの距離が、複数の前記外側面のそれぞれに配置された複数の前記回路構成部材ユニットについて互いに同等となるように構成されている請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記冷却部材の前記断面は正多角形であり、複数の前記外側面のそれぞれには、前記軸方向に直交し前記外側面に沿った幅方向に均等な位置に前記回路構成部材ユニットを構成する部材が配置されている請求項２又は３の何れか一項に記載のインバータ装置。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のインバータ装置と、回転電機と、変速機構とを備えた車両用駆動装置であって、
   前記回転電機及び前記変速機構を収容する駆動装置ケースを備え、
   前記インバータ装置は、前記変速機構を構成するギヤ部材の回転軸と、前記冷却部材の前記軸方向とが平行状となる状態で前記駆動装置ケース内に配置されている車両用駆動装置。
6. 前記インバータ装置は、前記第２端面を前記回転電機の側に向け、前記冷却部材の前記軸方向に沿った方向に見て、前記インバータ装置と前記回転電機とが重複するように配置されている請求項５に記載の車両用駆動装置。
7. 前記駆動装置ケースは開口部を有し、前記流入口、前記排出口、及び前記直流側端子が当該開口部に位置するように、前記インバータ装置が配置されている請求項５又は６に記載の車両用駆動装置。
8. 前記駆動装置ケースは、内部に液密構造のインバータ収容室を備え、前記インバータ装置の少なくとも前記回路構成部材は、前記インバータ収容室の中に配置されている請求項５から７の何れか一項に記載の車両用駆動装置。

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